Influence of different genotypes in the pattern of selenoprotein expression in response to Brazil nut supplementation

The micronutrient selenium is essential to human physiology. As the amino acid selenocysteine, it is inserted into selenoproteins with a wide range of functions including antioxidant capacity, thyroid hormone metabolism, improvement of immune system, brain function, fertility and reproduction. Low selenium status has been associated with increased risk for chronic diseases, such as cancer, type-2 diabetes and cardiovascular disease. In this context, several studies have been conducted in order to investigate if selenium supplementation could reduce the risk of such diseases. However, genetic variations may interfere in the response of individuals to a dietary intervention and must be considered as a important source of inter-individual variation. Therefore, this study was conducted was conducted to investigate the influence of genetic variations in selenoproteins genes on the response to an intervention with Brazil nuts, the richest source of selenium known in nature. The study included 130 healthy volunteers with both genders, aged 20 to 60 years old selected in University of São Paulo. They received nuts for 8 weeks, eating one nut a day, and did a washout period for more 8 weeks. All volunteers had a blood sampling collection every 4 weeks during 4 months, in a total of 5. The following analysis were done: anthropometric measurements, lipid profile, plasma malondialdehyde, plasma and erythrocyte Se, selenoprotein P, plasma and erythrocyte GPx activity, gene expression of GPX1, SEPP1, SELS and SEP15. The volunteers were also genotyped for SNPs rs1050450, rs3811699, rs1800699, rs713041, rs3877899, rs7579, rs34713741 and rs5845. Each unit of Brazil nut provided an average of 300 µg of selenium. All 130 volunteers completed the protocol. The concentrations of total cholesterol and glucose decreased after 8 weeks of supplementation. Moreover, HDL concentrations were higher for carriers of the variant T allele for GPX4_rs713041. The frequencies of the variant genotypes were 5,4% for rs1050450, rs3811699 e rs1088668, 10% for rs3877899, 19,2% for rs713041 e rs7579, 11,5% for rs5845 and 8,5% for rs34713741. The levels of the five biomarkers increased significantly after supplementation. In addition, erythrocyte GPx activity was influenced by rs1050450, rs713041 and rs5845; erythrocyte selenium was influenced by rs5845 and plasma selenium by rs3877899. Gene expression of GPX1, SEPP1 and SEP15 were higher after supplementation. The SNP rs1050450 influenced GPX1 mRNA expression and rs7579 influenced SEPP1 mRNA expression. Therefore, it can be concluded that the supplementation with one of Brazil nut for 8 weeks was efficient to reduce total cholesterol and glucose levels and to increase the concentrations of the main biomarkers of selenium status in healthy adults. Furthermore, our results suggest that GPX4_rs713041 might interfere on HDL concentrations and GPx1 activity, GPX1_rs1050450 might interfere on GPx1 activity, SEP15_rs5845 might interfere on GPx1 activity and erythrocyte selenium and SEPP1_3877899 might interfere on plasma Se levels. Therefore, the effect of genetic variations should be considered in future nutritional interventions evaluating the response to Brazil nut supplementation.

O micronutriente selênio é essencial para a fisiologia humana, inserido nas selenoproteínas na forma do aminoácido selenocisteína. As selenoproteínas são importantes para a função antioxidante, controle do metabolismo dos hormônios tireoidianos, melhora do sistema imune, função cerebral, fertilidade e reprodução. O estado nutricional de selênio deficiente ou marginal está associado com aumento do risco de doenças crônicas, como câncer, diabetes e doença cardiovascular. Sendo assim, diversos estudos procuraram investigar se a suplementação com selênio poderia reduzir o risco dessas doenças. Entretanto, as variações genéticas podem afetar a resposta dos indivíduos a uma intervenção dietética. Portanto, esse estudo foi conduzido para investigar a influência de variações genéticas em genes de selenoproteínas na resposta à suplementação com castanha-do-brasil, melhor fonte de selênio da natureza. Participaram do estudo 130 adultos de ambos os gêneros, com idade de 20 a 60 anos, selecionados na Universidade de São Paulo. Os indivíduos receberam castanhas suficientes para 8 semanas, ingerindo uma unidade por dia e, após o período de suplementação realizaram um período de washout também por 8 semanas. Todos realizaram cinco coletas de material biológico a cada quatro semanas. Foram realizadas medidas antropométricas, perfil lipídico, malondialdeído (MDA), concentração de selênio e selenoproteína P no plasma, eritrócitos, atividade da GPx eritrocitária e plasmática, expressão gênica da GPX1, SEPP1, SELS e SEP15. Além disso, os participantes foram genotipados para os SNPs rs1050450, rs3811699, rs1800699, rs713041, rs3877899, rs7579, rs34713741 e rs5845. Cada unidade de castanha forneceu em média 350µg de selênio. Todos os 130 voluntários concluíram o estudo. As concentrações de glicose e colesterol total diminuíram após 8 semanas de suplementação. Além disso, as concentrações de HDL-c foram influenciadas pelo SNP rs713041 no gene da GPX4, sendo os valores mais altos encontrados para os indivíduos com o alelo variante T (CT+TT). As frequências dos genótipos variantes foram 5,4% para rs1050450, rs3811699 e rs1088668, 10% para rs3877899, 19,2% para rs713041 e rs7579, 11,5% para rs5845 e 8,5% para rs34713741. Os níveis dos cinco biomarcadores aumentaram significativamente após a suplementação. Além disso, a atividade da GPx eritrocitária foi influenciada pelos rs1050450, rs713041 e rs5845, o selênio eritrocitário foi influenciado pelo rs5845 e o selênio plasmático pelo rs3877899. A expressão dos genes GPX1 e SEPP foram maiores após a suplementação. Tendo em vista esses resultados, conclui-se que a suplementação com uma unidade de castanha-do-brasil durante 8 semanas foi suficiente para reduzir as concentrações de colesterol e de glicose, e elevar as concentrações dos principais biomarcadores do estado nutricional de selênio. Além disso, observou-se que o polimorfismo rs713041 parece influenciar as concentrações de HDL-c e atividade da GPx1, o polimorfismo rs1050450 parece influenciar a atividade da GPx1, o polimorfismo rs5845 parece influenciar a atividade da GPx1 e o selênio eritrocitário e o polimorfismo rs3877899 parece influenciar a o selênio plasmático. Portanto, sugere-se considerar o perfil genético dos indivíduos em futuros estudos avaliando a resposta à suplementação com castanha-do-brasil no estado nutricional de selênio da população.